原创 多层印制电路板的分层原因与对策

多层印制电路板的分层原因与对策

1 引言

    MLB是将3层以上的导电图形层与绝缘材料层交替地层压粘合在一起而成的印制电路板，其层间导电图形按设计要求互连。它是现代电子装置中为适应电子产品向高速传输、多功能、大容量、低功耗、便携方向发展的必然产物。与双面板相比，多层板主要有以下优点：
    1）装配密度高、体积小、重量轻；
    2）由于装配密度高，各组件（包括元器件）间的连续减少，因而提高了可靠性；
    3）可以增加布线层，从而加大了设计的灵活性；
    4）能构成具有一定阻抗的电路；
    5）可形成高速传输电路；
    6）可设置电路和磁路屏蔽层，以及金属芯散热层，可满足屏蔽、散热等特种功能的需要；
    7）安装简单，可靠性高，具有保密性。

    多层板因其密度高、层数多，使加工制造难度较大，一旦出现故障，几乎没有返修余地。因此预防和解决多层板生产过程中的质量故障，提高成品率，降低消耗，成为多层板生产的首要问题。

    可以看出，在这些质量故障中，分层占有很大比例。如果解决了多层板分层的质量故障，就可以大大提高多层板的成品率。下面讨论导致多层板分层的原因及解决的办法。

2. 预浸渍材料（俗称半固化片或粘结片）失效

    预浸渍材料是由树脂和载体构成的一种片状材料。其中的树脂是处于B－阶段，在温度和压力作用下，具有流动性并能迅速固化并完成粘结过程，与载体一起构成绝缘层。半固化片具有以下特点：
    1）树脂含量均匀；
    2）挥发物质含量非常低；
    3）能控制树脂动态粘度；
    4）树脂流动性均匀适宜；
    5）符合规定的凝胶时间。

    正因为半固化片具有以上特点，所以它对于存放环境具有特殊要求。最好存放在10℃～20℃下的真空箱中。在不具备真空箱的情况下，就存放在相对湿度小于50％的环境中。这样，半固化片的有效期可达3个月～6个月。

    半固化片作为一种重要的粘结剂，其质量的好坏将直接影响层压质量。在多数情况下，多层板的分层都是由于半固化片的失效而造成的。目前我们采用的半固化片为2116型，其主要性能指标如表1所示。

表1半固化片的主要性能

树脂含量/％
 凝胶时间/s
 流动度/％
 硬化厚度/mm
 挥发物质最大含量/％
 
53±3
 180±30
 31±5
 0.11±0.013
 0.5

    在这几项性能指标中，流动度的测量最为方便与快捷。我们就以它为指标来判断半固化片的质量状况。在半固化片刚进厂的两个月内，每月测试一次，当其流动度处于26％～36％时，就可以使用。两个月后，就必须每半月测试一次，这样才能有效地监控半固化片的老化程度。当其流动度低于25％时，就说明树脂已经部分发生了由B－阶段向C－阶段的转化，已不利于分子间的扩散与渗透，从而降低了粘结力，造成分层。这时的半固化片应报废，不能再使用。因此，加强对半固化片的定期监测是解决由半固化片失效而引起的多层板分层的主要手段。

3. 层的湿度或挥发物含量过高

    在多层板的压制过程中，由于树脂的固化过程要在160℃～170℃的高温下完成，如果内层的湿度或挥发物含量过高，就会造成水分与挥发物的大量蒸发。内层气体在向外蒸发的过程中，就会在铜箔与粘接材料之间形成一条气体通道，降低铜箔与粘结材料的有效结合面积，从而降低结合力，产生分层。

    对于此类问题，最有效的解决办法就是在内层处理完毕后，一定要进行充分地烘烤，温度应控制在120℃，时间为15min～20min分钟，这样就可以有效地防止此类质量故障的产生。

4. 内层处理不当

    目前，印制电路板行业普遍采用的内层处理工艺方法有以下3种：
    1）粗化处理工艺；
    2）黑化工艺(CuO);
    3)红化工艺（Cu2O）。

    所谓粗化工艺就是通过化学弱腐蚀的方法在内层铜箔表面形成凹凸不平的微观粗糙表面；黑化和红化也是通过化学反应在内层铜箔表面上形成一层铜的氧化物。

    它们的共同目的都是为了增加内层粘接面的比表面积，从而提高结合力，而粗化程度不够或氧化层晶体太长、太短，都会导致结合力下降，从而产生分层。

    出现此类质量问题，最主要的原因是工艺参数控制不当。有效的解决办法就是每次在工作之前都应对各种溶液进行分析调整或更换，保持溶液处于最佳工作状态。另外，很重要的一条经验就是“察颜观色”。所谓察颜观色主要是看内层处理完后的颜色，粗化后的板面应呈现鲜艳的粉红色，黑化后的呈黑褐色，红化后的呈红褐色，且整体颜色应均匀一致，并且无其它异物污染，此时就可以压制了。

5. 压制控制步骤不正确

    多层印制电路板的压制过程分为预压和全压两步。预压就是在较低的接触压力下，使粘结片处于熔融温度（60℃～140℃）时完成层压排气、树脂填充层间空隙和实现初期粘结等功能。全压就是在较高的接触压力和粘接片交联温度（160℃～170℃）条件下，完成树脂由B－阶段向C－阶段的转化。

    如果预压周期太短，即过早地加全压，会造成树脂流失过多，严重时会造成缺胶分层；而预压周期太长，即加全压太晚，层间空气和挥发成分排除得不彻底，间隙未被树脂充满，便会在板内产生气泡，在后工序再次经高温冲击时，由于气体膨胀，可能导致分层。

    对于此类质量故障，最重要的就是要严格按工艺程序操作，不可随意改变操作温度、压力与时间。
    综上所述，多层印制电路板的压制过程是一个系统的、复杂的工艺操作过程。只有在工作中严格按工艺规范操作，严把原材料和溶液分析调整这两个关键环节，多留心一些小的细节过程，才能控制多层印制电路分层这一高发质量故障。